電場-脈動流混合強化傳熱換熱器的流動與傳熱特性研究.pdf

1、電場強化傳熱,又稱作EHD強化傳熱,是將電場基本理論引入到傳熱學(xué)領(lǐng)域,通過流場、熱場和電場之間的協(xié)同作用達到強化傳熱的一種技術(shù)方法,現(xiàn)有的研究認為,電場強化傳熱效果好、功耗低、應(yīng)用范圍廣,是一門極具發(fā)展前景的強化傳熱技術(shù);脈動流作為非穩(wěn)態(tài)流的一種,是指流體的速度或壓力以正(余)弦函數(shù)變化的周期性振蕩流動,現(xiàn)有研究認為,管內(nèi)脈動流中存在速度環(huán)效應(yīng),在一定條件下,脈動流能有效提高對流換熱效率。當(dāng)前電場強化與脈動流強化傳熱技術(shù)一直以來被作為不

2、同的強化傳熱手段分別進行研究,本課題提出將兩種強化傳熱技術(shù)相結(jié)合的研究思想,將具有自主專利技術(shù)的電場強化換熱器模型與脈動流發(fā)生器相結(jié)合,有效地將電場/脈動流強化方式組合起來,這種混合強化傳熱思路新穎,如若能產(chǎn)生復(fù)合強化傳熱效果,則有望開辟強化傳熱的新領(lǐng)域,對于節(jié)約能源和緩解能源短缺具有重要的意義。
　　本文采用數(shù)值模擬和實驗研究的方法對混合強化傳熱換熱器進行流動與傳熱特性的研究。實驗數(shù)據(jù)和數(shù)值計算結(jié)果顯示,脈動流單獨作用下,管程對

3、流換熱系數(shù)無明顯變化,脈動流單獨作用對對流換熱無明顯強化作用;單獨電場強化作用時,隨著電壓的增大,傳熱系數(shù)有一定幅度的增長,傳熱系數(shù)在低電壓區(qū)域(0-25kV)增長緩慢,在高電壓區(qū)域(25-35kV)增長較快。實驗數(shù)據(jù)和數(shù)值計算結(jié)果顯示,電場和脈動流同時作用時,傳熱系數(shù)在單獨電場強化作用的基礎(chǔ)上會得到進一步的提高,脈動流頻率f對有電場條件下的對流換熱有較大的影響,脈動頻率越大,相同電場強度下管程對流換熱系數(shù)也越大,這表明脈動流與電場可以

4、相互影響,從而在傳熱方面達到一種復(fù)合強化效果。實驗數(shù)據(jù)顯示,單獨施加脈動流時,換熱管內(nèi)壓降隨雷諾數(shù)的增大而逐漸增大,并呈近似線性關(guān)系,且在高頻率脈動流條件下(f=3Hz),壓降隨雷諾數(shù)變化較快;脈動流/電場混合作用時,在相同的管內(nèi)流速下,壓降隨著脈動頻率的增加而增大,而壓降隨著電極電壓的增大近似趨于不變。實驗數(shù)據(jù)顯示,脈動流/電場混合作用時,隨著雷諾數(shù)的增大,阻力系數(shù)逐漸降低,并且在相同雷諾數(shù)的情況下,脈動強化措施下的阻力系數(shù)要明顯高于